张 靖 雨1,2，袁 先 江1,2，曹 秀 清1,2，于 凤 存1,2
(1.安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000； 2.水利水资源安徽省重点实验室，安徽 蚌埠 233000)
摘要：目前国内关于避洪转移分析的系统性研究较少，尚未形成一套完整的技术理论体系。以GIS技术为支撑，基于洪水风险信息，通过对居民地、路网数据进行相交处理，以乡镇级行政区划约束下的距离最近原则划分转移单元，同时确定需要转移人口数量的空间分布；采用最优路径计算方法结合GIS网络分析功能确定转移单元至安置区的最优转移路线。最后以新汴河刘卫闸处溃堤洪水方案为例，研究受淹区避洪转移分析的技术应用，为防汛决策、安全转移提供技术体系支撑。
关 键 词：避洪转移； GIS； 转移单元； 转移路线； 新汴河
洪水风险管理作为我国防洪减灾的重要基础[1]，在防洪规划、防洪减灾工程与非工程措施部署、国土资源管理等诸多方面都发挥了重要作用。而针对不同洪水风险威胁如何科学合理地进行避洪转移是洪水风险管理的重要组成部分之一，制定合理的避洪转移方案能够有效降低洪灾造成的社会经济损失，减少人员伤亡。避洪转移分析是以洪水分析模型计算成果和洪灾影响分析结论为基础，以现有的防汛应急预案为参考，开展受淹区避洪转移分析工作，为防汛决策、安全转移提供依据。
国外学者对避洪转移的研究起步较早，并取得了一定的成果。荷兰于2006年开始编制洪水风险图，其中的避洪转移分析工作提供了最大洪水淹没范围、水深、 损失和撤离路线等信息，并整理成避洪转移成果图[2]。在日本，避洪转移分析能够以住户为基本转移单元，综合考虑洪水过程、路网、安置区等因素，基于动态系统理论，优化出最合理的转移方案[3]。对于转移路径优化方面，Yamada率先提出了最短路线撤退计划(the shortest evacuation plan，SEP)方法[4]。Dunn等学者在路径选择时，重点考虑道路最大通行承受能力，利用最大流计算方法进行路径选择，从而将受灾居民从危险区转移到安全区[5]。
我国的相关技术研究起步较晚，且主要针对安置区域的选择及转移路线优化。王婷婷等人将所有安置场所作为转移人员安置容量资源分配的出发点“源”，所有待安置的村庄作为安置容量资源流向的归属地“汇”，从而构建基于网络流的避洪转移分析模型，不仅考虑了转移进程中道路网的拥堵情形，同时也找到了解决安置场所容量限制的方法[6]。郭凤清、曹辉等利用潖江蓄滞洪区DEM数据、Google 地图及最快避难转移安置时间分析法，详细设计了蓄滞洪区内各行政村落遭遇洪灾时避难转移与人员安置策略[7]。王海菁在鄱阳湖1954年洪水最不利条件下分析选择安置区时，主要考虑的影响因素包括：高程、坡度、土地覆盖、居民点分布、道路交通等，并采用动态优化模型制定转移路线[8]。另外基于GIS的网络分析方法也得到了广泛应用[9]，樊玲将GIS技术的空间层次分析法应用于应急救援的路径规划中，计算出最快将救援物资、装备等运送至事故发生地的路线，为决策者提供第一时间信息[10]；程志华、刘小勇则借助GIS的网络分析方法实现了交通路网拓扑结构的自动建立[11]。
目前关于避洪转移分析的工作多偏向于避难安置区的确定以及居民点至安置区的路径优化选择研究等方面，但是针对包括转移单元、安置区及路线确定等内容在内的避洪转移分析的系统性研究并不多见，且未形成一套完整的技术理论体系。
本文基于现有的研究成果，以GIS技术为支撑，通过资料收集及现场调研，获取居民地信息、路网数据、安置点信息、应急转移预案等信息；利用地理信息系统分析方法，以乡镇级行政区划约束下的距离最近原则划分转移单元同时确定需要转移人口数量的空间分布；依据实地调查及资料数据确定安置场所；基于最优路径计算分析方法确定转移单元与安置区之间的人员合理配置关系；并结合沱河片防洪保护区溃堤洪水分析模型计算成果和洪灾影响分析结论，研究受淹区避洪转移分析的技术应用，绘制了避洪转移图，为防汛决策、安全转移提供依据。
编制避洪转移的基本工作流程为：确定危险区域与转移单元→资料收集和现场调查→避洪转移方案制定(转移人口分析、避洪方式选择、安置区划定、转移路线确定)→检查核实→避洪转移图件绘制。
2.1 转移范围及转移单元的划分
根据计算得出的区域洪水风险信息，包括洪水淹没范围、淹没水深、洪水流速、淹没历时等要素，初步划定转移范围，在确定避险转移单元后，进一步细化转移范围。
避洪转移单元的选取通常根据淹没范围内的区域居住特点(面积、基础数据状况、避洪措施实际需求等)，采用概化的方法划定行政村域。对于淹没面积较大的区域，通常转移单元不大于乡(镇)，若淹没面积较小(如小于1 000 km2)，则转移单元以不大于行政村为宜。如研究区域内居民多以自然村为基本单元群居，则以各行政村所包含的自然村为单元划定行政村边界。对不易划分行政村边界的行政村，按照几个行政村组成一个居民组进行汇总。
2.2 转移人口确定方法
根据乡镇级行政区划约束下的距离最近原则，查询行政村包含的自然村名称，以自然村为单元汇总合并形成行政村的居民地面积。避洪转移方式可分为就地转移与异地转移两类。将洪水分析计算的结果和合并的居民地相交处理，计算得到各居民地内不同水深的分布情况，按照水深面积比率来确定本地或异地转移。本地转移定义为能够在居民点内自行解决的转移方式，即为洪水到达时不转移；异地转移定义为居民点内不能自行解决、需要转移至其它居民点的转移方式。水深面积比率为水深大于0.5 m、流速大于1.0 m/s的居民点占该居民地的面积比，若该比率超过预设值时为异地转移，否则为本地转移。并且按照面积加权平均的方式，计算受洪水影响居民地的平均水深、平均流速、平均历时等信息，以供参考。以受影响居民地面积和区域内人均居民地面积的商来计算拟转移人口。转移人口确定流程如图1所示。
图1 转移人口确定流程
2.3 安置区及可容纳人口
安置场所的确定以容量较大、方便到达、合适服务半径为原则，应满足的条件包括安置区位置在洪水风险范围之外，且进出道路畅通；可保证避洪人员在一段时间内的基本生活需求等。选用学校、公园、体育场等公共场所。当转移人口较少时，优先选择就近乡镇的学校；转移人口较多时，选择县城、市区的大学、体育场、重点高中等可容纳人口较多的公共设施，减少安置场所数量，提高保障能力。
安置场所可容纳人口包括建筑物内和露天区域可容纳人口，安置区可容纳人数按照建筑物内人均面积3 m2，露天区域人均面积8 m2估算。室外空地和室内场所的平面面积采用遥感数据或测绘上量测，建筑物层高采用手动计数，室内面积按50%计。
2.4 转移路线的确定
计算分析转移单元及安置区所包含的淹没风险信息，并推求出两者之间最合理优化的转移路径，是避洪转移分析技术中的重要环节。
首先应遵循区域内已有的防汛应急预案中划定的转移单元与安置区对应关系， 可在此基础上利用GIS的空间分析功能对已有方案进行优化。在路网数据信息、基础高程等地理数据、人口通量、交通通行能力等信息完备的情况下，基于GIS提供的网络分析功能，对数据进行拓扑检查及修改，保证道路数据的连通性，创建道路网络数据集，设置道路高程、网络方向、距离、时间、速度等影响人口转移计算的要素，结合线性规划、分段加权等分析方法，建立转移单元-安置区的路网分析模型，分析确定效率最优的转移路线。对于路网数据完备但道路通量信息等不完整时，一般按照最短路径原则确定转移路线；对于路网数据不完备或危险区面积较大的区域，可根据转移单元和安置区分布直接标示转移方向。
3.1 研究区域概况
沱河片(皖)防洪保护区编制范围包括安徽省境内沱河左堤、怀洪新河左堤、王引河右堤、新濉河右堤保护的区域，面积约3 195 km2。涉及淮北市烈山区、濉溪县，宿州市埇桥区、灵璧县及泗县、蚌埠市五河县等地区。降雨量年内、年际分布上的不均，是该流域洪涝灾害频繁的重要原因之一。主要河道包括：怀洪新河、新汴河、新濉河、王引河、沱河、北沱河、唐河以及石梁河，同属洪泽湖水系(见图2)。
图2 区域水系概化图
新汴河地处安徽省北部的淮北平原，全长127.1 km。1982年新汴河“82.7”大洪水，流域内的符离闸上水位29.46 m、宿县闸上水位28.62 m，各站最高洪水位及洪峰流量均超过历史最大值。暴雨期间，萧县陇海铁路以南至濉溪县北部，积水深度最深达1.0 m以上，十多个工矿、企业、仓库进水，造成严重损失。萧县的毛河、湘西河等支流多处溃坝决口，村庄农田大面积被淹，全流域形成严重洪涝灾害。
3.2 避洪转移方案分析
本文以新汴河发生50 a一遇洪水，遭遇20 a一遇暴雨的情形为例，溃口位置在宿州市灵璧县杨疃镇刘卫闸附近，新汴河左堤(桩号42+790)。溃决水位25.3 m，洪水溃决后进洪历时共计130 h，洪峰流量573 m3/s，进洪量13 836万m3；淹没区总面积187.93 km2，平均淹没水深0.61 m，受影响公路长度97.15 km，受影响铁路长度28.17 km，受影响GDP约113 285.85万元(见图3)。
图3 新汴河发生50 a一遇洪水时(遭遇20 a一遇暴雨内涝)刘卫溃口洪水淹没水深图
3.2.1 避洪转移单元及人口的确定
沱河片防洪保护区避洪转移方案以行政村为基本转移单元，结合计算所得的刘卫溃口50 a一遇洪水风险要素信息来划分转移区。洪水溃堤后，主要受省道S201(房固路)、县道X057(墩马路)和新北沱河堤防(灵璧县段堤顶高程25.49～19.65 m)阻隔，沿堤防自北向南演进。区域内人口呈现聚居状态，以行政村为中心环绕有自然村组。依据各地市县区的统计年鉴给出各行政村的人口，统计水平年为2012～2013年。对于没有获取到行政村人口的地区，采用乡镇居民地面积和人口计算人均占有居民地面积，统计行政村或居民组的居民地面积除以对应乡镇的人均居民地面积，计算为该行政村或居民组的总人口。
将刘卫溃口50 a一遇洪水风险要素信息与区域内居民地作相交处理，得到具有不同淹没水深、不同洪水流速的居民地风险信息，依据水深超过0.5 m的居民地面积比率大于20%定义为转移单元，并由此计算得到转移人口与就地安置人口数据。确定的转移单元位置如图4所示，计算得到的转移单元洪水淹没信息统计见表1。由表1中统计数据可知，刘卫溃口洪水淹没居民地面积共计4.11 km2，影响到25个行政村(或居民组)，影响人口共94 545人，涉及宿州市灵璧县禅堂乡、灵城镇、杨疃镇、虞姬乡，埇桥区苗安乡等2个县区5个乡镇，需要转移人口的总数为47 609人。
图4 避洪转移单元分布
表1 转移单元淹没信息及人口统计
序号县区乡镇行政村名淹没面积/km2水深>0.5m的比例转移人口1宿州市灵璧县禅堂乡大吴村227786.230.3517402宿州市灵璧县禅堂乡凤河村107032.530.4316103宿州市灵璧县禅堂乡小潘村130849.550.3113554宿州市灵璧县灵城镇亢田村63465.400.3810605宿州市灵璧县灵城镇刘赵村18349.870.062906宿州市灵璧县灵城镇山桥村97574.810.3011237宿州市灵璧县灵城镇十里村118034.170.6429838宿州市灵璧县灵城镇叶庙村22982.150.082299宿州市灵璧县灵城镇庄陈村60447.410.1125810宿州市灵璧县杨疃镇半店村82361.540.53139711宿州市灵璧县杨疃镇大余村120693.110.0923112宿州市灵璧县杨疃镇光明村120649.350.65356013宿州市灵璧县杨疃镇红光村152835.130.1986314宿州市灵璧县杨疃镇刘圩村194560.480.72402315宿州市灵璧县杨疃镇庙王村147904.980.98366516宿州市灵璧县杨疃镇七井村171342.000.78266517宿州市灵璧县杨疃镇邱庙村253449.150.75403618宿州市灵璧县杨疃镇杨疃村359187.390.57392419宿州市灵璧县杨疃镇一里王村250339.990.54294720宿州市灵璧县杨疃镇张圩村143859.770.91232621宿州市灵璧县杨疃镇郑庙村141378.850.23129022宿州市灵璧县虞姬乡范桥村87582.640.1086823宿州市埇桥区苗安乡曹集村99378.710.0615624宿州市埇桥区苗安乡梨园村181263.370.80354325宿州市埇桥区苗安乡王集村131119.110.331466
3.2.2 安置场所及转移路线的确定
在洪水淹没范围以外，就近寻找乡镇上的学校、广场及公共空地等场所作为安置场所，本地转移的行政村不作为安置场所进行统计。建筑物面积以基础测绘数据上居民地面积匡算，建筑物层数以影像图为依据查看。以范桥中学安置点为例，室外空地面积在天地图上量测估算。容纳人口按建筑物人均3 m2，室外空地以8 m2估算。部分行政村靠近沱河、新汴河堤防，可就近转移至附近河道堤防段作为安置区。结合现场调研情况，本次刘卫溃口溃堤洪水方案需启用总计7处安置场所。
根据研究区域内整理的路网数据，将转移路线划分为乡道、县道、省道、国道4个级别，并基于GIS技术建立路网分析模型，参照不同等级道路标准以及路况的不同，对路网进行求解计算，分析出所有转移单元与相应转移安置区距离最短的最优路径，并绘制新汴河50 a一遇洪水刘卫溃口避洪转移图，如图5所示。
图5 新汴河左堤刘卫溃口洪水避洪转移路线
表2 宿州市避洪转移分析方案信息统计
所属乡镇转移单元名称转移人数安置区名称转移路线灵璧县禅堂乡大吴村1740范桥中学乡道大吴段,乡道山桥段,乡道范桥段凤河村1610禅堂乡大冉小学乡道凤河段,乡道河北段,乡道大冉段小潘村1355禅堂乡大冉小学乡道小潘段,乡道河北段,乡道大冉段灵城镇亢田村1060光明村新汴河堤防乡道亢田段刘赵村290原地安置山桥村1123范桥中学乡道山桥段,乡道范桥段十里村2983范桥中学乡道十里段,乡道田万段,乡道田范段叶庙村229原地安置庄陈村258原地安置杨疃镇半店村1397张圩村新汴河堤防乡道半店段,乡道庙王段,乡道张圩段大余村231原地安置光明村3560光明村新汴河堤防乡道光明段红光村863原地安置刘圩村4023灵璧县小吴中学禅梅路庙王村3665张圩村新汴河堤防乡道庙王段,乡道张圩段七井村2665禅堂乡郭桥小学乡道七井段,房固路,乡道红光段,乡道张宋段邱庙村4036禅堂乡郭桥小学房固路,乡道红光段,乡道张宋段杨疃村3924禅堂乡王莽小学房固路,乡道疃郭段一里王村2947中湖村安置区禅梅路,乡道王集段,乡道双盛段,乡道中湖段张圩村2326张圩村新汴河堤防乡道张圩段郑庙村1290禅堂乡王莽小学房固路,乡道李言段虞姬乡范桥村868原地安置埇桥区苗安乡曹集村156原地安置梨园村3543梨园村新汴河堤防乡道梨园段王集村1466中湖村安置区乡道王集段,乡道双盛段,乡道中湖段
根据表2所示，结合避洪转移分析计算结果可知，在沱河发生50 a一遇洪水同时保护区内遭遇20 a一遇暴雨内涝，新汴河左堤刘卫闸处溃决后，共需转移18个转移单元，启用安置场所9个，转移人数44 713人；原地安置村庄7个，原地安置人口2 896人；最大转移距离4.13 km，最短转移距离0.82 km，共计安排32条转移路线。
本文主要从转移单元、安置区及路线确定等方面对避洪转移方案的系统性分析进行了研究论述，形成了一套完整的避洪转移技术理论体系。
(1) 利用基于GIS的地理信息系统分析方法，对洪水分析计算的结果与整理后的居民地信息、路网数据等信息进行相交处理，得到各居民地内不同水深的分布情况，按照水深面积比率来确定本地或异地转移。以乡镇级行政区划约束下的距离最近原则划分转移单元，同时确定需要转移人口数量的空间分布。
(2) 安置场所的确定以容量较大、方便到达、合适服务半径为原则，结合实地调研资料，选用学校、公园、体育场等可容纳人口较多的公共设施。可容纳人数按照建筑物内人均面积3 m2，露天区域人均面积8 m2估算。
(3) 以已有的防汛应急预案为基础，基于GIS提供的网络分析功能，建立路网分析模型，分析确定效率最优的转移路线。对于路网数据完备但道路通量信息等不完整时，按最短路径原则确定转移路线；对于路网数据不完备或危险区面积较大的区域，根据转移单元和安置区分布直接标示转移方向。
(4) 避洪转移分析方法能够有效地指导防汛减灾的抢险救援工作，为制定科学高效的防汛决策、实行有序妥善的安全转移提供依据。
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(编辑：赵凤超)
ZHANG Jingyu1,2,YUAN Xianjiang1,2,CAO Xiuqing1,2,YU Fengcun1,2
(1.Anhui and Huaihe River Institute of Hydraulic Research, Bengbu 233000 China; 2.Anhui Province Key Laboratory of Water Conservancy and Water Resources, Bengbu 233000, China)
Abstract: Systematic studies on flood evacuation analysis are uncommon at home present and a complete technological and theoretical system has not been formed yet. Utilizing GIS as a technical support, the intersection condition of residential area and road network is analyzed based on flood risk information. The evacuated units are divided and the spatial distribution of the evacuated population is determined based on the principle of closest distance and constrained by township-level administrative divisions. Optimal route algorithms combined with GIS network analysis are utilized to determine the optimal routes from evacuation units to shelters. In the case of the dam-break of Liuwei sluice on the left bank of Xinbian River, the concrete flood evacuation is analyzed to provide a technical support for flood control decision-make and evacuation.
Key words: flood evacuation; GIS; evacuated units; evacuate routes; Xinbian River
收稿日期：2016-11-17
基金项目：国家自然科学基金项目(51209001)
作者简介：张靖雨，男，助理工程师，硕士，主要从事水力学、环境水力学、水污染处理等方面的研究。E-mail：qingrelation@163.com
文章编号：1001-4179(2017)16-0001-05
中图法分类号：TV122
文献标志码：A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2017.16.001
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